水对煤岩蠕变力学特性影响的试验研究

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目前,我国煤炭生产的安全形势仍然十分严峻,煤矿生产事故时有发生。地下采煤时,随着开采时间的增加,煤柱在顶板压力的作用下会发生蠕变现象,进而会使上层顶板失去支撑而坍塌破坏,出现煤矿事故。另一方面,煤岩体的导水性强,且遇水后力学性质发生显著变化,水是影响岩石蠕变性质的一个重要因素。因此,对于地下采煤工程来说,研究不同浸润条件下煤岩蠕变力学特性显得尤为重要。论文针对矿区日益增长的工程需要,以试验研究为基础,借助DNS200型电子万能试验机、SAEU2S声发射系统以及Vic-3D应变测量系统,系统地研究煤岩在不同浸润时间下的蠕变力学特性,为矿区采煤工程建设提供一定的理论基础。从现场取回煤岩岩块,加工成?50mm?100mm的国际标准试件,将试件分为4组,分别在水中浸润0h、48h、96h、144h,并对4组试件分别进行单轴压缩蠕变试验,试验过程中观察并记录煤岩蠕变破坏过程及破坏方式,探讨煤岩蠕变峰值应力、轴向应变随浸润时间的变化规律,分析煤岩蠕变断裂破坏的影响因素。结果表明:煤岩的蠕变破坏一般呈现为劈裂破坏;随着浸润时间的增加,煤岩的蠕变峰值应力逐渐降低,轴向应变呈现增大的趋势。对经历不同浸润时间(0h、48h、96h、144h)后的煤岩试件进行单轴压缩蠕变声发射特性试验。研究煤岩蠕变试验过程与声发射参数之间的对应关系,分析浸润时间对声发射参数(振铃计数、能量、幅度)的影响规律。研究表明:通过分析声发射参数的变化可以很好的描述煤岩试件在蠕变过程中的各个阶段的力学特征。借助Vic-3D应变测量系统为辅助工具,对煤岩单轴压缩试验进行监测,通过散斑的移动得到二维应变,进而得到煤岩表面的应变云图。结果表明:随着浸润时间的增加,煤岩试件的峰值应力与弹性模量逐渐降低,而峰值应变逐渐增大;在煤岩单轴压缩破坏过程中,煤岩试件表面的应变演化云图可以很好的与其破坏过程相对应,试件最终破坏是按照产生裂缝的区域开始断裂。因此认为轴向与横向应变的变化趋势可以直观再现煤岩的细观力学特征,预测其最终破坏形态。
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